可行性研究报告中矿井水文地质类型和瓦斯等级的确定

王和德

(中国煤炭科工集团 北京华宇工程有限公司，北京 100120)

矿井水和瓦斯是矿井安全生产的重要隐患，必须从设计咨询开始，从源头上明确等级、按照规定采取措施，才能更有效的保证矿井安全生产。可行性研究报告是正确确定矿井水文地质类型和瓦斯等级、并按照相应规范、规定制定安全措施的重要阶段。因此，如何在可行性研究报告中正确分析计算、确定矿井的水文地质类型和瓦斯等级，对于矿井的初步设计中细化、量化安全措施和以后在建设生产中认真执行安全措施、以保证矿井的安全生产至关重要[1-3]。近几年，在可行性研究报告编制中对于矿井水文地质类型和瓦斯等级的确定中存在一些模糊的概念，以至于出现等级确定错误，导致设计返工或已施工工程废弃等严重后果。本文试图进一步明确相应概念并将其更准确地用于设计咨询中。

1 可行性研究报告中矿井水文地质类型的确定

1.1 矿井水文地质勘探类型的划分和涌水量预算

在可行性研究报告中矿井水文地质类型的确定方面易产生模糊概念的部分大多源自于矿井井田地质勘探报告中对于矿井水文地质勘查类型的定性和《矿井防治水细则》[4]中规定。

矿井可行性研究报告的主要地质依据为矿井井田地质勘探报告，井田地质勘探报告中一般都有关于矿井水文地质勘探类型的界定、全矿井或先期开采地段涌水量的预算。根据《煤、泥炭地质勘查规范》[5]，矿井水文地质勘查类型按直接充水含水层含水空间特征，划分为以孔隙含水层为主、以裂隙含水层为主和以岩溶含水层为主的矿床等三类；按直接充水含水层的富水性及补给条件，把各类矿床划分为水文地质条件简单、中等和复杂的矿床等三型。而矿井涌水量的预算则主要是根据井田水文地质特征，分析边界条件和矿井充水方式，合理选择参数及计算方法，预算矿井第一水平和矿井的正常和最大涌水量。矿井涌水量预测方法[6]一般多采用水文地质比拟法、大井法[7]、解析法、数值法等方法确定，估算矿井最大涌水量多为正常涌水量的1.5倍左右。

1.2 矿井水文地质类型的确定

首先应明确井田地质勘探报告中的水文地质类型针对的是勘探类型，仅为满足井田地质勘查程度过程中的水文地质勘查工程量而使用，而不是对矿井水文地质类型的确定[8]。所预算的矿井正常和最大涌水量也非矿井可行性研究报告中的设计矿井涌水量。

矿井水文地质类型的确定在矿井可行性研究报告中主要用于对矿井防治水设计的需要。主要依据《煤矿防治水细则》，其中明确规定，矿井水文地质类型的划分是根据井田内受采掘破坏或者影响的含水层及水体、井田及周边老空水分布情况、矿井涌水量、突水量、开采受水害影响程度和防治水工作难易程度，将矿井水文地质条件划分为简单、中等、复杂和极复杂4种类型(共八个条件)。其中对新建或改扩建矿井一般情况而言，含水层的单位涌水量、矿井的正常涌水量和矿井是否具有岩溶含水层突水威胁是确定矿井水文地质条件类型的主要条件。

矿井可行性研究报告中将井田地质勘探报告中的矿井水文地质勘查类型和矿井涌水量的预测[9]作为重要参考，并对比《煤矿防治水细则》确定矿井水文地质类型。实际可行性研究报告中遇到的很多情况是“有可能地质勘探报告中确定的矿井水文地质勘探类型为裂隙充水含水层、水文地质条件简单或中等的矿床，而按照矿井正常涌水量对比《煤矿防治水细则》则超过了简单或中等类型的情况，如矿井正常和最大涌水量分别为180m/h

应注意的是：一是确定矿井涌水量时应在井田地质勘探报告预算正常涌水量基础上，再考虑井下消防洒水和灌浆后的析出水量；二是如果矿井存在岩溶含水层威胁时，当突水系数普遍大于0.06以上时，应考虑参照《煤矿防治水细则》中的有关规定，从矿井突水对矿井安全生产可能造成重大威胁因素考虑，直接将矿井水文地质类型确定为中等或中等以上类型。

案例一：陕西某矿井设计生产能力1000万t/a，井田地质勘探报告中明确井田水文地质勘探类型属二类一型，即以碎屑岩裂隙含水层充水为主的水文地质条件简单的矿床。但可行性研究报告根据矿井正常涌水量912m3/h，最大涌水量1098m3/h对比《煤矿防治水细则》的规定，确定矿井水文地质类型为复杂型。

案例二：山西某矿井设计生产能力400万t/a，可采煤层为3号、15 号煤层，由于3号、15号煤层底板标高均低于奥灰水水头标高，其突水系数分别为0.040～0.117MPa/m，以及大部分地段突水系数大(均大于0.10MPa/m)，故将矿井水文地质勘查类型划分为复杂型。但可行性研究报告在考虑了井筒淋水、井下消防洒水等因素后，取矿井正常和最大涌水量分别为270m3/h、500m3/h。虽然按《煤矿防治水细则》中的矿井涌水量，矿井水文地质类型只能确定为中等，但考虑到矿井主采煤层的受奥灰水威胁情况，确定矿井水文地质类型为复杂类型。

1.3 矿井水害的防治

牢固树立以人为本，安全发展的理念，坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，根据现行《煤矿安全规程》和《煤矿防治水细则》的相关规定[10]，在矿井可行性研究报告中正确确定矿井水文地质类型基础上，设计一系列防排水设施、配备相应机构、人员与防排水设备，对于水文地质类型复杂、极复杂的矿井，还应当在井底车场周围设置防水闸门或者另外安设排水能力不小于矿井最大涌水量的潜水泵排水系统。此外，在矿井可行性研究报告的安全等相关章节中尚应体现 “预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的煤矿防治水十六字原则，以及落实 “探、防、堵、疏、排、截、监”[11]的煤矿防治水安全措施。

2 可行性研究报告中瓦斯等级的确定

2.1 矿井瓦斯等级的确定

根据《煤、泥炭地质勘查规范》，井田地质勘探报告中应该根据详查阶段确定的井田沼气分带(一般的按照二氧化碳-氮气带、氮气-沼气带、沼气带等分带)选择钻孔瓦斯采样点，对可采煤层瓦斯煤样作工业分析，测定瓦斯成分和含量。井田地质勘探报告中一般应按规定提出钻孔瓦斯含量资料，也有的根据资料分析后直接给出矿井瓦斯等级的情况。

对于可行性研究报告中矿井瓦斯等级的确定，有些可直接根据井田地质勘查报告中给出的沼气分带和钻孔瓦斯煤样确定矿井瓦斯等级。如地质勘探报告中确定的沼气分带为二氧化碳-氮气带、而钻孔瓦斯含量普遍很低的情况下可直接确定为矿井为低瓦斯矿井。但大多数情况下应根据《矿井瓦斯涌出量预测方法》[12](AQ 1018—2006)采用分源预测法[13，14]计算确定，在可行性研究报告中应采用各可采煤层的最大瓦斯涌出量计算矿井掘进工作面、采煤工作面和全矿井瓦斯涌出量。根据计算结果，对比《煤矿瓦斯等级鉴定办法》(煤安监技装〔2018〕9号)[15]规定的非突出矿井高、低瓦斯矿井划分标准：矿井相对瓦斯涌出量大于 10m3/t；矿井绝对瓦斯涌出量大于 40m3/min；矿井任一掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于 3m3/min； 矿井任一采煤工作面相对瓦斯涌出量大于5m3/t。满足上述任一条件的均为高瓦斯矿井，其余为低瓦斯矿井。很多情况下，井田地质勘探报告提供的是二氧化碳-氮气带、氮气-沼气带，钻孔瓦斯含量也并不高，但由于工作面单产高，有可能计算后工作面或全矿井瓦斯涌出量会超出上述规定而使矿井瓦斯等级升级为高瓦斯矿井。

案例：陕西某煤矿设计生产能力为300万t/a，可采为4号、5号煤层，配备2 个回采工作面和6个掘进工作面保证矿井设计产量。井田地质勘探报告测定4号煤层的甲烷最高成分为96.92%，最高含量7.14mL/g.daf；5号煤层的甲烷最高成分为98.15%，最高含量9.80mL/g.daf。瓦斯测试成果显示瓦斯分带以氮气一沼气带和沼气带为主。根据调查，与本区相邻的多个生产矿井均属低瓦斯矿井，地质勘查报告未确定矿井瓦斯含量及等级。

矿井可行性研究报告中根据《矿井瓦斯涌出量预测方法》采用分源预测法进行了计算，计算结果为：4号煤、5号煤回采工作面瓦斯涌出量分别为2.45m3/t、5.65m3/t，掘进工作面瓦斯涌出量分别为3.92m3/min、4.86m3/min，矿井相对和绝对涌出量分别为10.63m3/t、73.82m3/min，对比《煤矿瓦斯等级鉴定办法》，确定矿井为高瓦斯矿井。

2.2 矿井瓦斯的抽采

瓦斯等级的确定是矿井和采区通风设计、瓦斯抽放及瓦斯管理的依据。根据《煤矿安全规程》、《煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范(AQ 1055—2008)》、《关于进一步加强煤矿建设瓦斯防治工作若干意见的通知(国办发〔2011〕26号)》等相关文件规定：高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统：要做到先抽后采、抽采达标。在可行性研究报告中应对瓦斯抽采方案进行细化、量化，以便在编制初步设计安全专篇时，按照《煤矿瓦斯抽放规范》(AQ 1027—2006)等有关规定，对该项目可行性研究报告中提出的瓦斯抽采方案进行细化、量化，完成瓦斯抽采初步设计。

3 结 论

1)矿井井田地质勘探报告中的水文地质类型为地质勘查类型并非为井田水文地质类型。矿井可行性研究报告中在确定矿井水文地质类型时应将井田地质勘探报告中的矿井水文地质勘查类型和预测的矿井涌水量为基础，对比《煤矿防治水细则》的规定确定矿井水文地质类型。

2)非突出矿井的瓦斯等级的确定多数情况下应根据《矿井瓦斯涌出量预测方法》，采用分源预测法计算出任一掘进、采煤工作面和全矿井的瓦斯涌出量，对比《煤矿瓦斯等级鉴定办法》规定的高、低瓦斯矿井划分标准确定矿井瓦斯等级。